CC BY
153УДК 621.396.67
ГРНТИ 78.25.13
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ БАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ РАЗВЕДКИ И СНИЖЕНИЯ ЗАМЕТНОСТИ ОБЪЕКТОВ
О.Э. РАЗИНЬКОВА, кандидат технических наук
ВУНЦВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)
В статье проведен анализ базовых технологий радиолокационной разведки и снижения заметности объектов, обоснованы направления их развития в соответствии с требованиями к показателям информативности демаскирующих признаков, выявляемых по результатам обработки сигналов, поступающих по радиоканалам с рассеянием. С учетом прогнозируемых уровней элементной базы радиоэлектроники ведущих зарубежных государств определены тактико-технические характеристики радиолокационных систем космического, воздушного, наземного и морского (корабельного) базирования, достижимые в кратко-, средне- и долгосрочной перспективе. На основе требований по защищенности объектов от средств радиолокационной разведки оценены необходимые показатели уменьшения вторичного излучения зондирующих радиолокационных сигналов и по результатам исследования минимально достижимых эффективных площадей рассеяния сформулированы рекомендации по выбору рациональных путей снижения радиолокационной заметности.
Ключевые слова: базовая технология, радиолокационная станция, эффективная площадь рассеяния, средства снижения радиолокационной заметности объекта.
THE RADAR RECoNNAissANCE AND REDuCING THE oBJECTs VisiBILITY
basic technologies development main directions
O.E. RAZINKOVA, Candidate of Technical sciences
MESC AF «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy» (Voronezh)
The analysis of the radar reconnaissance and reducing the objects visibility basic technologies has been carried out, the directions of their development in accordance with the requirements for the information content indicators of unmasking signs detected by the results of signal processing received via radio channels with scattering are justified. Tactical and technical characteristics of radar systems of space, air, land and sea (ship) basing, achievable in the short, medium and long term, are determined taking into account the predicted levels of the element base of radio electronics of leading foreign countries. The necessary indicators for reducing the secondary radiation of probing radar signals are estimated on the basis of the requirements for the protection of objects from radar reconnaissance means. Recommendations on the choice of rational ways to reduce radar visibility are formulated based on the results of the study of the minimum achievable effective scattering areas.
Keywords: basic technology, radar station, effective scattering area, means of reducing the object radar visibility.
Введение. Базовые технологии радиолокационной разведки [1, 2] и снижения заметности объектов [3, 4] характеризуются сходными тенденциями развития при противоположных целях, заключающихся соответственно в увеличении и уменьшении объема данных, добываемых при зондировании пространства радиосигналами.
g' и
Средства радиолокации предназначены для обнаружения, распознавания и сопровождения объектов по результатам обработки волновых процессов, распространяющихся в радиоканалах с рассеянием. Дальность радиолокационной разведки, определяемая как наибольшее расстояние, на котором задача обнаружения решается с требуемыми значениями вероятностей правильного обнаружения и ложной тревоги, изменяется пропорционально эффективной площади рассеяния (ЭПР) объекта в степени ХА [2, 3].
Величина ЭПР является количественной мерой вторичного излучения электромагнитной энергии и представляет собой эквивалентное сечение фиктивного плоского отражателя [2, 5], расположенного перпендикулярно направлению распространения зондирующего сигнала, в плоскости, ортогональной направлению из точки наблюдения. В интересах формирования плоских фронтов облучающего и рассеиваемого полей дальности от источника и приемника излучения превышают границы дальних зон объекта, передающих и приемных антенн [5, 6]. При зондировании сигналами с негармоническими зависимостями от времени ЭПР объекта представляет собой отношение энергии эквивалентного изотропного источника к плотности потока энергии облучающего поля в точке расположения отражателя. Для узкополосных сигналов, распределение мгновенных амплитуд которых может быть аппроксимировано гармонической зависимостью, указанная характеристика находится как отношение мощности радиоизлучения эквивалентного изотропного источника, создающего в точке наблюдения такую же плотность потока мощности радиоизлучения, что и реальный объект, к плотности потока мощности зондирующей радиоволны в точке его расположения [2, 5].
Радиолокационная заметность объекта определяется набором демаскирующих признаков, подлежащих скрытию от средств радиолокационной разведки. Она устанавливает предельные возможности по добыванию данных о наличии радиолокационной цели в контролируемой области пространства в текущий момент времени, ее координатах (траектории движения), типе и функциональном состоянии, содержащихся в структуре и параметрах рассеянного поля, обрабатываемого в процессе радиолокационного поиска (наблюдения). Снижение заметности представляет собой процедуру преднамеренного изменения отражательной сигнатуры объекта для исключения возможностей его обнаружения и распознавания на установленной дальности.
Количественной характеристикой радиолокационной заметности объекта является ЭПР, усредненная в секторах углов [4, 7], наиболее опасных для приема информационных сигналов радиолокационных станций (РЛС). Ее снижение характеризуется изменениями показателей интенсивности вторичного излучения вследствие выбора форм отражающих поверхностей, применения селективных экранов, радиопоглощающих материалов и покрытий, уменьшающих рассеивающие свойства для заданных ракурсов наблюдения и диапазонов частот [7, 8].
Минимальная ЭПР, достижимая при выполнении мероприятий по снижению заметности, устанавливает предел контрастности объекта по отношению к фону. Дополнительно степень различимости радиолокационной цели в условиях наблюдения может уменьшаться за счет применения технологий противорадиолокационной маскировки [8, 9], создания ложных целей, радиолокационных ловушек, облаков дипольных отражателей и аэрозольных образований [9], изменяющих электрофизические параметры среды распространения электромагнитных волн [6], а также огневого поражения и радиоэлектронного подавления РЛС.
Актуальность. При разведывательно-информационном обеспечении [9, 10] сил и средств вооруженной борьбы на РЛС возлагаются основные задачи по добыванию видовой информации для анализа обстановки и оценки происходящих в ней изменений, выявления объектов поиска (наблюдения) и их областей, уязвимых для создания деструктивных воздействий [9, 11].
Совершенствование средств радиолокационной разведки осуществляется в соответствии со стратегией снижения рисков нерационального распределения ресурсов вооруженной борьбы, обусловленных наведением оружия на объекты с малым приоритетом поражения, и высокими потоками ложных тревог при обнаружении и распознавании и значительными дисперсиями измерения координат и параметров движения объектов [2].
Изыскание новых способов снижения заметности способствует приросту эффективности применения объектов за счет [8]:
- увеличения времени возможного нахождения в зонах деструктивных воздействий, что позволяет создавать наиболее благоприятные условия для достижения целевых функций по предназначению;
- увеличения размеров районов прикрытия активными помехами при энергетических потенциалах постановщиков, удовлетворяющих требованиям по защищенности от поражения самонаводящимся по излучению оружием [11], и максимальных средних значениях мощности излучений [1, 2], устанавливаемых из условий обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств с общими секторами рабочих углов и диапазонами частот;
- сокращения объемов средств маскировки и снижения ресурсных затрат для воздействий на фон наблюдения и среду распространения информационных сигналов РЛС.
Превосходство в развитии базовых технологий радиолокационной разведки или снижения радиолокационной заметности обусловливается степенью изменения в большую или меньшую сторону числа и точности оценок характеристик демаскирующих признаков объектов. За счет расширения перечня признаков, выявляемых РЛС, обеспечиваются возможности более детального сопоставления радиолокационных портретов целей с эталонными описаниями и парирования пропусков информационных сигналов в процессе сопровождения. В частности, при изменении несущих частот и перестройке частотно-временных параметров зондирующих сигналов для поиска и наблюдения радиолокационных целей становится возможным выбор участков спектра, где их рассеивающие свойства проявляются наиболее интенсивно, а средства маскировки не могут применяться ввиду значительных массогабаритных характеристик или имеют недостаточную эффективность [7, 8, 9, 11]. В результате повышаются показатели надежности распознавания, устойчивости наблюдения и точности определения параметров движения объектов [11]. В то же время, за счет комплексного изменения отражательных свойств поверхностей, облучаемых волновыми процессами, в широком диапазоне частот достигается защищенность объекта от РЛС с перестраиваемыми параметрами излучений.
Наращивание информационных возможностей РЛС является ключевым фактором при обосновании максимально допустимых уровней и форм углового распределения вторичного электромагнитного излучения, при которых обеспечивается требуемая скрытность объектов, а также тактико-технических характеристик средств снижения заметности. Информативность характеристик, составляющих отражательную сигнатуру объекта, используется в качестве критерия при выборе альтернативных вариантов принципов построения и способов применения радиолокационных средств [7]. В этой связи исследования характеристик демаскирующих признаков, содержащихся во вторичном поле рассеивателя, и закономерностей управления их интенсивностью являются актуальными для обоснования путей построения перспективных РЛС и снижения радиолокационной заметности для обеспечения готовности образцов техники к применению по назначению.
Цель предлагаемой работы - анализ основных направлений развития базовых технологий радиолокационной разведки и снижения заметности объектов.
Основные направления развития базовых технологий радиолокационной разведки. Анализ основных направлений развития базовых технологий радиолокационной разведки будем проводить применительно к образцам техники следующих типов:
- РЛС и системы космического базирования, размещаемые на искусственных спутниках Земли (ИСЗ);
- РЛС воздушного базирования из состава бортовых радиоэлектронных комплексов самолетов, вертолетов и беспилотных летательных аппаратов;
- РЛС и комплексы наземного и морского (корабельного) базирования.
Оценки достижимых уровней развития базовых технологий радиолокации выполняются с прогнозами изменения тактико-технических требований по добыванию данных об
объектах и совершенствования элементной базы радиоэлектроники ведущих зарубежных государств [1, 12].
Ввиду возможностей беспрепятственного пролета ИСЗ над любым районом Земли и ведения радиолокационного поиска (наблюдения) с их бортов вне зависимости от времени года, суток и метеорологической обстановки, отличительными особенностями РЛС космического базирования, определяющими их высокий информационный потенциал [1, 13], являются:
- глобальность и высокая периодичность наблюдения целей;
- относительно короткое время разведки районов или расположенных на их территории объектов, подлежащих выявлению или контролю.
В режиме съемки местности РЛС космического базирования с синтезированной апертурой антенны позволяют получить радиолокационные изображения с разрешающей способностью менее 1 м. В режиме автоматической селекции движущихся целей они способны обнаруживать и определять координаты, скорость и курс движения объектов, перемещающихся со скоростью свыше 4...10 км/ч [12, 13].
В настоящее время класс радиолокационных средств и систем космического базирования представлен РЛС космических аппаратов Lacrosse, Discoverer-2, JERS-1, SBR (США), CAR Lupe (Германия), Radarsat-1, Radarsat-2, -3 (Канада), JERS, ALOS (Япония), ERS, ENV1SAT (Европейское агентство).
В краткосрочной перспективе (на период до 5 лет) в качестве основных направлений развития данного класса техники определены:
- оптимизация режимов обзорной и детальной разведки; повышение (до 1 м) разрешающей способности и точности оценки координат и параметров движения объектов с использованием спектроанализаторов и цифровых процессоров; увеличение полосы захвата территории, где достигается заявленная разрешающая способность, с 5,5.6 км до 10 км и более [12];
- совершенствование средств оперативного обнаружения и автоматического распознавания мобильных объектов, в том числе, со сниженной радиолокационной заметностью, в условиях противорадиолокационной маскировки; повышение эффективности селекции движущихся целей за счет адаптивного управления диаграммами направленности антенн и частотной режекции помех;
- реализация совместной обработки данных, добываемых РЛС в различных диапазонах частот, а также результатов радиолокационной и оптико-электронной разведки на бортах космических аппаратов с применением высокопроизводительных вычислительных процессоров с суммарной производительностью, превышающей 1,5109 операций в секунду.
В среднесрочной перспективе (на период до 10 лет) развитие базовых технологий радиолокационной разведки космического базирования будет осуществляться по следующим основным направлениям:
- применение широкополосных зондирующих сигналов и излучений с перестраиваемыми частотно-временными параметрами, позволяющих строить радиолокационные портреты целей с высокой степенью детальности воспроизведения разрешаемых по пространству доминирующих центров вторичного излучения, что позволяет обеспечить решение задач обнаружения и распознавания объектов при минимальной фоновой контрастности, близкой к предельным значениям [7, 13]. Кроме того, за счет селекции центров вторичного излучения по отражательным свойствам в диапазоне частот достигается защищенность РЛС от непреднамеренных помех, создаваемых отражениями от окружающих предметов. Ввиду низкой спектральной плотности энергии широкополосные сигналы обладают энергетической и структурной скрытностью от обнаружения средствами радиотехнической разведки. Поэтому постановка энергетически эффективных прицельных по частоте и оптимизированных по времени помех [1, 14] практически исключается, а способы заградительного подавления
g' и
маскирующими помехами не могут быть реализованы ввиду существенного превышения требований к энергетическим потенциалам постановщиков прогнозируемых уровней [11];
- совершенствование средств передачи данных между ИСЗ для организации пространственно распределенной системы структурно-информационного и структурно-системного мониторинга обстановки [1, 15] с едиными контурами управления;
- организация работы РЛС в активном и пассивном режимах при совместной обработке вторичных излучений объектов и сигналов, входящих в их состав радиоэлектронных средств.
Перечень основных направлений развития базовых технологий построения РЛС для ИСЗ в долгосрочной перспективе (на период до 15 лет и более) включает в себя:
- увеличение суммарной производительности вычислительных процессоров космических аппаратов относительно уровней, достижимых в краткосрочной перспективе, в 150.. .300 раз;
- внедрение принципа многопозиционной (бистатической) радиолокации в активном и пассивном режимах [14, 15].
Радиолокационные системы воздушного базирования по своему предназначению могут быть разделены на три класса [1]:
- системы дальнего радиолокационного обнаружения и управления (авиационная система предупреждения и контроля AWACS на самолетах Boeing E-3 Sentry, Boeing E-767, система дальнего обнаружения Hawkeye на самолете палубной авиации Grumman E-2);
- специализированные радиолокационные системы разведки разведывательно-ударных (разведывательно-огневых) комплексов (авиационная система обнаружения и сопровождения наземных целей JSTARS, базирующаяся на самолете разведки и наведения Boeing E-8A, радиолокационная система с синтезированной апертурой ASARS-2, устанавливаемая на разведывательных самолетах Lockheed U-2);
- многофункциональные радиолокационные системы самолетов тактической авиации (AN/APG-70 самолета F-15E, РЛС AN/APG-77 самолета F-22A, AN/APG-81 самолета F-35) и беспилотных летательных аппаратов (БЛА) (разведывательные БЛА RQ-4 Global Hawk и RQ-3 Dark Star, ударный БЛА Northrop Grumman X-47B, многоцелевые БЛА MQ-1 Predator и Boeing X-45).
Исходя из задач воздушной разведки [15-18], научного и технологического задела в области функциональной электроники, позволяющих создавать устройства приема и обработки сигналов в сложной радиоэлектронной обстановке, следует прогнозировать научно-технические прорывы в реализации облика радиолокационных систем воздушного базирования:
- в краткосрочной перспективе - создание интегрированных систем воздушной разведки на базе систем дальнего радиолокационного обнаружения и управления и РЛС разведывательно-ударных (разведывательно-огневых) систем, а также платформ воздушно-космической разведки с использованием компонентов воздушного базирования в качестве передовых постов наблюдения и детальной разведки района, где требуется сосредоточение усилий на основе данных космической разведки;
- в среднесрочной перспективе - наращивание информационных возможностей воздушной разведки за счет использования широкополосных зондирующих излучений и комплексной обработки информационных сигналов в различных диапазонах частот с применением мощных сверхбыстродействующих вычислительных средств;
- в долгосрочной перспективе - развертывание систем воздушной разведки, встраиваемых в систему воздушно-космической разведки, с высокой эффективностью обнаружения объектов в условиях противорадиолокационной маскировки и снижения РЛЗ за счет использования сигналов с адаптивно перестраиваемыми параметрами, комплексной обработки разнородных данных и совместной реализации принципов моно- и бистатической локации.
Основными направлениями развития базовых технологий для построения систем дальнего радиолокационного обнаружения и управления являются:
- увеличение дальности действия РЛС в пределах прямой видимости [6] и повышение вероятностно-временных показателей эффективности обнаружения целей, характеризуемых малой фоновой контрастностью отражательных сигнатур [7], путем изменения структуры и достижения более высоких коэффициентов сжатия зондирующих сигналов [1];
- использование зондирующих излучений с набором несущих частот и перестраиваемыми частотно-временными параметрами; реализация устойчивых адаптивных алгоритмов обработки информационных сигналов на базе цифровых устройств с вычислительной мощностью до 3,5.10п операций в секунду;
- реализация электронного сканирования пространства набором фазированных антенных решеток [1, 19] с неперекрывающимися секторами работы, что позволит сократить периоды обзора секторов по сравнению со временем, требуемым при механическом вращении антенны, в 10 и более раз [19];
- повышение помехозащищенности за счет перехода от приемных устройств с каналами компенсации [1, 2] к интегрированным системам пространственно-временной обработки [1, 19] с пространственной селекцией и частотно-временной режекцией помех.
В качестве основных направлений развития базовых технологий для специализированных радиолокационных систем воздушной разведки необходимо установить следующие:
- интеграция средств воздушно-космической разведки с созданием центров управления для получения данных от множества разведывательных платформ; организация единой архитектуры воздушного радиолокационного наблюдения в составе многопозиционных систем разведки, размещаемой на самолетах и БЛА;
- увеличение дальности действия РЛС в 1,5.2,5 раза за счет применения фазированных антенных решеток с коэффициентами усиления свыше 25 дБ при средних уровнях боковых лепестков диаграмм направленности - 35 дБ [1];
- реализация автоматизированной идентификации и кинематического автосопровождения объектов, движущихся со скоростями от 1 м/с до 300 м/с при разрешающей способности по дальности до 0,3 м [1].
Для базовых технологий построения многофункциональных РЛС самолетов тактической авиации следует прогнозировать развитие по следующим направлениям:
- интеграция РЛС в состав многоуровневых систем разведки и управления оружием с функциями многостороннего обмена данными с наземными пунктами обработки информации; внедрение принципов бистатической радиолокации [1, 7];
- применение активных фазированных антенных решеток для электронного сканирования широких секторов углов и смены режимов работы и частотно-временных параметров сигналов с адаптацией к радиоэлектронной обстановке (при интервале времени перестройки несущей частоты не более периода повторения зондирующих импульсов);
- использование непрерывных излучений сложной структуры с большой (до 300.1000) базой и низким (1.3 Вт) уровнем мощности в интересах обеспечения скрытности РЛС от комплексов радиотехнической разведки [2] и алгоритмов обработки информационных сигналов на образцах вычислительной техники со сверхбыстродействующими процессорами с большой оперативной памятью на базе сверхбольших интегральных схем.
Радиолокационные системы наземного и морского (корабельного) базирования по своему предназначению подразделяются на следующие классы [1]:
- РЛС разведки;
- РЛС обнаружения и сопровождения воздушных целей и наведения оружия.
Приоритетными направлениями развития их базовых технологий, позволяющих создавать
образцы техники с показателями эффективности функционирования, удовлетворяющими тактико-техническим требованиям к комплексам разведывательно-информационного обеспечения сил и средств вооруженной борьбы, являются:
- в краткосрочной перспективе - интеграция РЛС в информационно-управляющие системы с высокой степенью автоматизации обработки информации и управления;
- в среднесрочной перспективе - наращивание возможностей по обнаружению и обработке информации о малоконтрастных объектах и повышение помехоустойчивости ведения разведки за счет внедрения широкополосных сигналов и комплексной обработки данных в соответствии со структурно-информационным подходом к анализу обстановки;
- в долгосрочной перспективе - создание интегрированных информационно-управляющих систем с комплексной обработкой разнородной информации, при реализации принципов структурно-информационного и структурно-системного мониторинга [15].
Основными тенденциями совершенствования компонентов РЛС разведки являются:
- применение мощных сверхвысокочастотных твердотельных усилителей и широкополосных малошумящих приемных модулей для увеличения дальности действия;
- применение активных фазированных антенных решеток для увеличения скорости обзора пространства; реализация алгоритмов цифровой обработки информационных сигналов с целью увеличения пропускной способности РЛС;
- использование для зондирования пространства в секторах углов, подлежащих детальному просмотру, сигналов с широкими полосами частот в интересах сокращения времени работы РЛС на излучение; выполнение топографической привязки выявленных объектов на местности для повышения достоверности распознавания при малом объеме демаскирующих признаков [2, 15] и точности прогноза траекторий возможного перемещения.
Основные направления совершенствования тактико-технических характеристик наземных (корабельных) РЛС разведки воздушных целей и наведения оружия связаны с развитием базовых технологий следующего состава:
- реализация режимов работы с многочастотными зондирующими излучениями и сигналами с перестраиваемыми частотно-временными параметрами, обеспечивающих увеличение дальности обнаружения и точности оценки параметров малоразмерных объектов;
- интеграция радиолокационных комплексов и систем в информационно-управляющие системы (наземных РЛС - в автоматизированные управляющие системы противовоздушной обороны, корабельных РЛС и комплексов - в автоматизированные системы управления корабля, соединения кораблей).
Основные направления развития базовых технологий снижения радиолокационной заметности объектов. Техническую основу снижения радиолокационной заметности объектов составляют базовые технологии, направленные на преднамеренное изменение отражательных свойств поверхностей, облучаемых зондирующими радиосигналами, для уменьшения объема информации, необходимой для решения задач обнаружения и распознавания [7] с требуемыми показателями эффективности [8-10].
Ввиду априорной неопределенности [3] и возможных изменений различий в соотношении отражательных свойств объекта и фона в процессе радиолокационной разведки [8] обоснование требований к уровням радиолокационной заметности [3, 4, 9] осуществляется с учетом частоты появления заданных условий поиска (наблюдения) [3]. Этот показатель находится на основе анализа описательных моделей систем разведки, построенных при логико-формальном подходе к воспроизведению ситуаций частных информационных конфликтов в процессе выявления и сопровождения объектов с учетом возлагаемых на них функциональных задач [3, 7].
Базовые технологии снижения заметности, устанавливающие собственные свойства объекта на этапе создания или модернизации [8, 9], образуют две группы [7]:
- первая группа - технологии придания объектам малоотражающих форм [4, 7] наружных поверхностей при контроле предельно допустимой степени ухудшения тактико-технических характеристик, задаваемых требованиями по функциональному назначению (в частности, снижения аэродинамических свойств летательных аппаратов [4]);
- вторая группа - технологии создания и применения радиопоглощающих материалов и покрытий, уменьшающих уровень вторичного излучения, а также управляемых покрытий с противофазным сложением электромагнитных полей, рассеиваемых отдельными фрагментами поверхностей, для формирования диаграмм рассеяния объектов с провалами в направлениях на РЛС [7, 8].
Характерными признаками малоотражающих форм объектов являются малые ЭПР и узкие диаграммы рассеяния с главными лучами, расположенными вне секторов рабочих углов РЛС. Они обеспечиваются за счет формирования рациональной архитектуры поверхностей в соответствии со следующими принципами [7]:
первый принцип - исключение или сокращение до минимальных пределов (определяемых требованиями по функциональному предназначению объекта и входящего в его состав оборудования) элементов в виде многогранных образований;
второй принцип - выбор местоположения элементов из условия минимизации числа направлений, вдоль которых ориентированы главные лучи диаграмм рассеяния доминирующих центров вторичного излучения.
При практической реализации первого принципа требуется сокращать объемы внешнего оборудования и использовать в радиоэлектронных средствах объекта многофункциональные антенные системы. Реализация второго принципа базируется на выборе конструкций антенн в виде форм, встраиваемых в корпуса носителей или размещаемых под обтекателями [4, 7].
В [2] для аналитического расчета ЭПР идеально проводящих объектов с характерными
-V х2
где
линейными размерами а на длине волны X используется выражение с = ад а' ад - параметр, определяемый формой отражающей поверхности.
Для уголковых отражателей с треугольными, квадратными и полукруглыми гранями значения параметра составляют ад = 1/3к, ад = 3/к и ад = 3/4к соответственно. Зависимости ЭПР линзы Люнеберга и диска, расположенного перпендикулярно направлению облучения, от длины волны вычисляются при ад = к; для пластины, ортогональной направлению прихода
падающей волны, ад = 1/к [2, 20].
В [20] установлено, что ЭПР отражателя с прямоугольными гранями превышает величину, достижимую для отражателя с треугольными гранями при равенстве длин ребер в 9 раз. В результате замены отражателя с треугольными гранями на отражатель с полукруглыми гранями ЭПР возрастает в 2,25 раза. Вероятностно-временные показатели эффективности обнаружения идеально проводящей пластины, равные показателям обнаружения проводящего диска и линзы Люнеберга, обеспечиваются на расстояниях, различающихся в 1,77 раза. При этом ЭПР идеально проводящей пластины превышает ЭПР уголкового отражателя с треугольными гранями в 3 раза; ее величина меньше ЭПР отражателей с прямоугольными и полукруглыми гранями в 3 и 1,33 раза соответственно.
Наиболее узкие диаграммы рассеяния характерны для поверхностей плоской формы с электрическими размерами, принадлежащими оптической области рассеяния [6]. Мощность вторичного излучения таких объектов сосредоточена в секторах углов, близких к нормали. За пределами указанных секторов ЭПР объектов резко убывают [2]. При отклонении направления прихода облучающей волны от нормали угловое распределение плотности потока энергии вторичного излучения имеет лепестковый характер [2, 7]. Главный луч диаграммы рассеяния плоской идеально проводящей пластины с длиной стороны а на длине волны X имеет ширину Ав* 60 Xа [2].
Значительные ЭПР при облучении по нормалям к образующим имеют цилиндрические поверхности с резонансными, квазиоптическими и оптическими электрическими размерами [2].
К группе малоотражающих целей относятся клин и конус при их облучении со стороны вершин, шар и эллипсоид, облучаемые по направлению большой оси; однако ширина диаграмм рассеяния этих тел, как правило, достаточно велика [7].
При равных размерах проекций наибольшие ЭПР в широких секторах углов имеют двух-и трехгранные образования с углами при вершинах 90°. Угловые зависимости ЭПР уголковых отражателей проявляются слабо, поскольку при изменении угла прихода облучающей волны отражение происходит практически в строго обратном направлении [2, 7].
Электромагнитное поле, рассеиваемое объектами с множеством доминирующих центров вторичного излучения [2], распределено в более узком секторе углов по сравнению с шириной диаграмм рассеяния отдельных отражателей и характеризуется более слабой зависимостью от электрических размеров. Поэтому при формировании малоотражающей поверхности из состава объекта необходимо исключить многоэлементные конструкции (в частности, антенные решетки с резонансно рассеивающими излучателями) [2, 7, 8] и скейлинговые структуры с масштабно-инвариантными размерами компонентов [11, 20].
Для снижения радиолокационной заметности объекта важное значение приобретают вопросы установления числа, местоположения и размеров участков поверхности, вносящих наибольший вклад в рассеянное поле, и определения требуемой коррекции отражательных свойств путем применения покрытий с уменьшенными коэффициентами отражения [4, 8, 9] при ограничениях на массогабаритные характеристики, определяемые целевыми функциями объекта [7, 11].
Представленный способ снижения радиолокационной заметности объектов подразделяется на следующие разновидности [2, 7]:
а) нанесение на рассеивающие поверхности радиопоглощающих материалов и покрытий в виде плоскослоистых композитных сред [4, 7] и киральных структур (метаматериалов) с отрицательными значениями диэлектрической и магнитной проницаемости, определяющими пространственную анизотропию отражательных свойств [21]. Электрофизические параметры материалов и покрытий обосновываются исходя из требований к коэффициентам отражения в диапазонах частот и результирующей степени снижения ЭПР объекта [7, 8, 21]. Коэффициенты отражения материалов и покрытий должны изменяться обратно пропорционально размерам покрываемых участков; нарушение указанной закономерности способствует возникновению дифракционного поля кромок покрытия, приводящего к увеличению интенсивности вторичного излучения в отдельных секторах углов. Применение указанных средств позволяет уменьшить ЭПР объекта на 10.20 дБ, что приводит к сокращению дальности его обнаружения в 1,8.3,2 раза;
б) использование частотно-поляризационных селективных экранов в виде пассивных отражательных решеток, в которых электромагнитные волны в диапазонах частот отражаются без изменения параметров [7]. Частотно-поляризационные селективные экраны, как правило, применяются для снижения заметности антенн, компрессоров и сопел реактивных двигателей летательных аппаратов [4, 7]. За счет уменьшения ЭПР, величина которого в направлении на источник зондирующего излучения составляет 4,5...6 дБ, дальность обнаружения объекта сокращается в 1,3____1,4 раза;
в) применение управляемых покрытий в виде отражательных активных, динамических и адаптивных решеток [4, 7, 22], в тракты которых включаются коммутаторы, осуществляющие управление амплитудно-фазовым распределением сигналов. За счет управления сигналами обеспечивается минимизация вторичного излучения в заданных секторах углов. Управляющие элементы выполняются на базе мощных р-ьп диодов или сегнетокерамических конденсаторов, способных выдерживать значительные уровни принимаемой мощности [22]. Реализация этих технологий позволяет снизить ЭПР объектов ВВСТ на 10...15 дБ, что приводит к уменьшению дальности обнаружения в 1,8. ...2,4 раза.
Выводы. Проведен анализ базовых технологий радиолокационной разведки и снижения заметности объектов, установлены закономерности изменения и предельно достижимые объемы данных, добываемых при обработке сигналов, поступающих по радиоканалам с рассеянием.
Принципы построения РЛС определяются из условий максимизации информативности демаскирующих признаков, выявленных по результатам обнаружения и технического анализа вторичных излучений разведываемых объектов. В свою очередь, наращивание возможностей радиолокационных средств и систем по добыванию данных по результатам зондирования пространства радиосигналами повышает приоритет задач по снижению заметности объектов.
Представлены направления развития в кратко-, средне- и долгосрочной перспективе и с учетом прогнозируемых уровней элементной базы радиоэлектроники ведущих зарубежных государств определены тактико-технические характеристики РЛС космического, воздушного, наземного и морского (корабельного) базирования. Показано, что концепция создания систем разведывательно-информационного обеспечения сил и средств борьбы предусматривает наращивание возможностей по обнаружению и распознаванию малоконтрастных объектов и повышение устойчивости процессов добывания данных о них в условиях непреднамеренных и организованных помех, а также интеграцию РЛС в информационно-управляющие комплексы с высокой степенью автоматизации обработки разнородной информации и управления.
На основе анализа требований по защищенности объектов от радиолокационной разведки оценены предельные значения показателей и заданы направления исследований и работ по снижению радиолокационной заметности. Представлены технологии снижения заметности, базирующиеся на придании поверхностям объектов малоотражающих геометрических форм и использовании радиопоглощающих материалов и покрытий, выполняющих перераспределение вторичного излучения в секторах углов, исключающих возможности приема РЛС.
Для изменения отражательных сигнатур, устанавливающих уровни заметности объектов при допустимых потерях целевых функций, применяются базовые технологии синтеза поверхностей с формами, характеризуемыми малыми ЭПР и узкими диаграммами рассеяния, и нанесения на облучаемые поверхности радиопоглощающих материалов и покрытий для формирования диаграммы рассеяния с провалами в направлениях на РЛС. Малоотражающая архитектура объекта создается за счет минимизации числа многогранных образований; для использования радиопоглощающих материалов и покрытия следует установить местоположение и размеры прикрываемых участков поверхностей, а также коэффициенты отражения электромагнитных волн, обеспечивающие заданную степень уменьшения ЭПР объектов.
Получены оценки уменьшения ЭПР и дальности обнаружения радиолокационных целей при использовании материалов, поглощающих электромагнитную энергию в широкой полосе часто, и покрытий в виде плоскослоистых композитных сред и киральных структур, частотно-поляризационных селективных экранов в виде пассивных отражательных решеток и управляемых покрытий в виде отражательных активных, динамических и адаптивных решеток.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория / под ред. ЯД. Ширмана. М.: Радиотехника. 2007. 874 с.
2. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения) / под ред. В.В. Григорина-Рябова. М.: Советское радио. 1970. 680 с.
3. Показатели и метод комплексной оценки заметности летательных аппаратов /
B.А. Губарев, В.Н. Нестеров, О.М. Герасименко [и др.] // Оборонная техника. 1995. № 12.
C. 9-11.
4. Львова Л.А. Радиолокационная заметность летательных аппаратов. Снежинск: РФЯЦ ВНИИТФ. 2003. 232 с.
5. Штагер Е.А., Чаевский Е.В. Рассеяние волн на телах сложной формы. М.: Советское радио, 1974. 240 с.
6. Электродинамика и распространение радиоволн / В.А. Неганов, О.В. Осипов, С.Б. Раевский [и др.]. Под ред. В.А. Неганова и С.Б. Раевского. М.: Радио и связь. 2005. 648 с.
7. Ананьин Э.В., Ваксман Р.П., Патраков Ю.М. Методы снижения радиолокационной заметности // Зарубежная радиоэлектроника. 1994. № 4/5. С. 5-21.
8. Ельцов О.Н., Петещенков Э.В., Понькин В.А. Актуальные вопросы снижения заметности вооружения и военной техники в различных физических полях // Военная мысль. 2015. № 12. С. 40-44.
9. Донсков Ю.Е., Керков В.Г., Васильев В.В. Снижение заметности вооружения и военной техники: проблема и пути ее решения // Военная мысль. 2006. № 10. С. 34-40.
10. Разиньков С.Н., Решетняк Е.А., Черный А.М. Радиоэлектронно-информационное обеспечение войск радиоэлектронной борьбы Вооруженных Сил Российской Федерации // Военная мысль. 2015. № 12. С. 46-53.
11. Разиньков С.Н., Никитин О.Г., Житенев О.С. Основные направления развития и базовые технологии создания средств радиолокационной разведки со сверхширокополосными сигналами // Военная мысль. 2018. № 10. С. 77-85.
12. Купряшкин И.Ф., Лихачев В.П., Рязанцев Л.Б. Малогабаритные многофункциональные РЛС с непрерывным частотно-модулированным излучением. М.: Радиотехника. 2020. 280 с.
13. Kupryashkin I.F. & Sokolik N.V. Algorithm of Signal Processing in the Radar System with Continuous Frequency Modulated Radiation for Détection of Small-Sized Aerial Objects, Estimation of their Range and Velocity. Journal of the Russian Universities. Radio-electronics. 2019. Vol. 22. No 1. Р. 48-55. DOI: 10.32603/1993-8985-2019-22-1-39-47.
14. Радиоэлектронная борьба. Тезаурус. Справочник / под ред. П.А. Созинова. М.: Радиотехника. 2020. 456 с.
15. Меньшаков Ю.К. Теоретические основы технических разведок. М.: Издательство МГТУ имени Н.Э. Баумана. 2008. 536 с.
16. Михайлов Д.В. Война будущего: возможный порядок нанесения удара средствами воздушного нападения США в многосферной операции на рубеже 2025-2030 годов // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2019. № 12. С. 44-52. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://академия-ввс.рф/images/data/zhumal_vks/12-2019/44-52.pdf (дата обращения 18.08.2021).
17. Стучинский В.И., Корольков М.В. Обоснование боевого применения авиации для срыва интегрированного массированного воздушного удара в многосферной операции противника // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2020. № 16. С. 29-36. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://академия-ввс.рф/images/data/zhumal_vks/16-2020/29-36.pdf (дата обращения 18.08.2021).
18. Хренов И.В., Андреев В.В., Кирюшин А.Н. Трансформация концепции «Глобального удара» и подходов к ее реализации на практике в вооруженных силах США в современных условиях // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2021. № 18. С. 31-45. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://академия-ввс.рф/images/data/zhumal_vks/18-2021/31-45.pdf (дата обращения 18.08.2021).
19. Васильченко О.В. Пространственно-временная обработка сверхширокополосных сигналов в радиолокационных станциях с электронным сканированием диаграмм направленности антенн. Смоленск: ВА ВПВО ВС РФ. 2011. 114 с.
20. Разиньков С.Н., Разинькова О.Э., Сторожук Ю.В. Исследование энергетической скрытности радиолокационных станций с диапазонными антеннами от комплекса радиотехнического мониторинга // Антенны. 2021. № 3. С. 20-30.
21. Неганов В.А., Осипов О.В. Отражающие, волноведущие и излучающие структуры с киральными элементами. М.: Радио и связь. 2006. 280 с.
22. Разинькова О.Э. Двухэтапный синтез антенной решетки с заданной диаграммой направленности и минимальной эффективной площадью рассеяния // Воздушно-космические
g' и
силы. Теория и практика. 2021. № 18. С. 108-119. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://академия-ввс.рф/images/data/zhumal_vksЛ8-202Ш08-П9.pdf (дата обращения 18.08.2021).
REFERENCES
1. Radio' elektronnye sistemy: osnovy postroeniya i teoriya / pod red. Ya.D. Shirmana. M.: Radiotehnika. 2007. 874 p.
2. Radiolokacionnye ustrojstva (teoriya i principy postroeniya) / pod red. V.V. Grigorina-Ryabova. M.: Sovetskoe radio. 1970. 680 p.
3. Pokazateli i metod kompleksnoj ocenki zametnosti letatel'nyh apparatov / V.A. Gubarev, V.N. Nesterov, O.M. Gerasimenko [i dr.] // Oboronnaya tehnika. 1995. № 12. pp. 9-11.
4. L'vova L.A. Radiolokacionnaya zametnost' letatel'nyh apparatov. Snezhinsk: RFYaC VNIITF. 2003.232 p.
5. Shtager E.A., Chaevskij E.V. Rasseyanie voln na telah slozhnoj formy. M.: Sovetskoe radio, 1974. 240 p.
6. 'Elektrodinamika i rasprostranenie radiovoln / V.A. Neganov, O.V. Osipov, S.B. Raevskij [i dr.]. Pod red. V.A. Neganova i S.B. Raevskogo. M.: Radio i svyaz'. 2005. 648 p.
7. Anan'in 'E.V., Vaksman R.P., Patrakov Yu.M. Metody snizheniya radiolokacionnoj zametnosti // Zarubezhnaya radio'elektronika. 1994. № 4/5. pp. 5-21.
8. El'cov O.N., Peteschenkov 'E.V., Pon'kin V.A. Aktual'nye voprosy snizheniya zametnosti vooruzheniya i voennoj tehniki v razlichnyh fizicheskih polyah // Voennaya mysl'. 2015. № 12. pp. 40-44.
9. Donskov Yu.E., Kerkov V.G., Vasil'ev V.V. Snizhenie zametnosti vooruzheniya i voennoj tehniki: problema i puti ee resheniya // Voennaya mysl'. 2006. № 10. pp. 34-40.
10. Razin'kov S.N., Reshetnyak E.A., Chernyj A.M. Radio'elektronno-informacionnoe obespechenie vojsk radio'elektronnoj bor'by Vooruzhennyh Sil Rossijskoj Federacii // Voennaya mysl'. 2015. № 12. pp. 46-53.
11. Razin'kov S.N., Nikitin O.G., Zhitenev O.S. Osnovnye napravleniya razvitiya i bazovye tehnologii sozdaniya sredstv radiolokacionnoj razvedki so sverhshirokopolosnymi signalami // Voennaya mysl'. 2018. № 10. pp. 77-85.
12. Kupryashkin I.F., Lihachev V.P., Ryazancev L.B. Malogabaritnye mnogofunkcional'nye RLS s nepreryvnym chastotno-modulirovannym izlucheniem. M.: Radiotehnika. 2020. 280 p.
13. Kupryashkin I.F. & Sokolik N.V. Algorithm of Signal Processing in the Radar System with Continuous Frequency Modulated Radiation for Detection of Small-Sized Aerial Objects, Estimation of their Range and Velocity. Journal of the Russian Universities. Radio-electronics. 2019. Vol. 22. No 1. R. 48-55. DOI: 10.32603/1993-8985-2019-22-1-39-47.
14. Radio'elektronnaya bor'ba. Tezaurus. Spravochnik / pod red. P.A. Sozinova. M.: Radiotehnika. 2020. 456 p.
15. Men'shakov Yu.K. Teoreticheskie osnovy tehnicheskih razvedok. M.: Izdatel'stvo MGTU imeni N.'E. Baumana. 2008. 536 p.
16. Mihajlov D.V. Vojna buduschego: vozmozhnyj poryadok naneseniya udara sredstvami vozdushnogo napadeniya SShA v mnogosfernoj operacii na rubezhe 2025-2030 godov // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2019. № 12. pp. 44-52. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://akademiya-vvs.rf/images/data/zhurnal_vks/12-2019/44-52.pdf (data obrascheniya 18.08.2021).
17. Stuchinskij V.I., Korol'kov M.V. Obosnovanie boevogo primeneniya aviacii dlya sryva integrirovannogo massirovannogo vozdushnogo udara v mnogosfernoj operacii protivnika // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2020. № 16. pp. 29-36. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://akademiya-vvs.rf/images/data/zhurnal_vks/16-2020/29-36.pdf (data obrascheniya 18.08.2021).
18. Hrenov I.V., Andreev V.V., Kiryushin A.N. Transformaciya koncepcii «Global'nogo udara» i podhodov k ee realizacii na praktike v vooruzhennyh silah SShA v sovremennyh usloviyah // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2021. № 18. pp. 31-45. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://akademiya-vvs.rf/images/data/zhurnal_vks/18-2021/31-45.pdf (data obrascheniya 18.08.2021).
19. Vasil'chenko O.V. Prostranstvenno-vremennaya obrabotka sverhshirokopolosnyh signalov v radiolokacionnyh stanciyah s 'elektronnym skanirovaniem diagramm napravlennosti antenn. Smolensk: VA VPVO VS RF. 2011. 114 p.
20. Razin'kov S.N., Razin'kova O.E., Storozhuk Yu.V. Issledovanie 'energeticheskoj skrytnosti radiolokacionnyh stancij s diapazonnymi antennami ot kompleksa radiotehnicheskogo monitoringa // Antenny. 2021. № 3. pp. 20-30.
21.Neganov V.A., Osipov O.V. Otrazhayuschie, volnoveduschie i izluchayuschie struktury s kiral'nymi 'elementami. M.: Radio i svyaz'. 2006. 280 p.
22. Razin'kova O.E. Dvuh'etapnyj sintez antennoj reshetki s zadannoj diagrammoj napravlennosti i minimal'noj 'effektivnoj ploschad'yu rasseyaniya // Vozdushno-kosmicheskie sily. Teoriya i praktika. 2021. № 18. pp. 108-119. ['Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: http://akademiya-vvs.rf/images/data/zhurnal_vks/18-2021/108-119.pdf (data obrascheniya 18.08.2021).
© Разинькова О.Э., 2021
Разинькова Ольга Эдуардовна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательского центра (проблем применения, обеспечения и управления авиацией Военно-воздушных сил), Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), Россия, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54А, olga-razinkova@rambler. ru.
DOI: 10.24412/2500-4352-2021-19-96-108
